重力场对轴对称体稳定空泡形态影响的实验研究

水下超空泡航行器的空泡几何形状对航行器的受力状态与航行性能关系重大 ,在水洞模型超空泡实验中发现重力场是影响空泡几何形状的主要原因之一 ,该问题此前虽有文献提及 ,但未见有具体阐述 ,为此专门开展了在不同佛汝德数下对不同头型的轴对称体模型空泡几何特性的实验研究。实验中获得了大量变形空泡的录像 ,并对空泡的外形进行了定量处理 ,对实验结果进行了定性与定量分析 ,获得了重力场对轴对称体空泡几何形状影响的规律性结果 ,同时对重力场影响空泡形变的机理作了探讨分析。

充气头型对超空泡轴对称体阻力特性影响的试验研究

为了了解充气空泡对不同头型的空泡特征及对轴对称体阻力特性的影响 ,在高速水洞中试验研究了三种典型头体在不同空泡数下 ,轴对称体上充气空泡的几何特征以及相对应的阻力特性 ,分析了充气数对轴对称体空泡特征与阻力的影响。试验结果表明 ,充气模型的空泡长度、厚度、空泡角随充气量增加而增大 ,从模型头部充气 ,能够产生稳定形状的空泡覆盖模型 ,针对某种特定形状模型 。

轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂流场的计算与分析

本文用CFX—TASCflow对轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂粘性流场(Re=4.8×107)进行了模拟计算。本问题用RANS方程和k -ε模型联合求解 ,其实现过程稳定而且高效 ;求解中采用ILU(IncompleteLowerUpperfactorization)光顺技术 ,适合于采用AMG/ACM方法 ,同时也比较容易在质量和动量方程中将速度和压力变量耦合求解。数值结果具有较好的规律性和合理性。与此同时 ,本文得出了用试验方法难以测量的大量的数值结果 ,分析了推进器在非自航状态和自航状态下的性能、导管内部轴向、径向和周向速度场、压力场在相互作用中的具体形态和结构 ,并定性地分析了它们对水动力噪声、空泡生成以及振动的影响 ,更重要的是为减少这些不利影响明确了解决的办法 ,为导管推进器的工程设计提供了切实可行的理论分析方法和技术思想 ,对工程实际具有重要的指导作用。

轴对称体空泡流的噪声特性与空泡界面瞬态特征

在空泡流发展的各个阶段 ,空泡呈现各种不同的流动特性和界面特征 ,且空泡流噪声与其界面的流动特征具有强烈的相关性 .本试验通过对半球头和 45°锥头轴对称体空泡流噪声测量和观察 ,运用总声级分析了空泡流发展各阶段的噪声特性 ,并与高速摄影记录的相应空泡界面特征进行比较后发现 ,空泡界面瞬态特征的演化将导致空泡流噪声总声级随空泡数演化趋势的变化 。

任意长轴对称体绕垂直于一无穷平壁的长轴旋转时的Stokes流动

本文首先采用解析反演技巧,求得了当一无穷平壁垂直于圆球的旋转轴时Stokes流的基本奇解,然后按照吴望一提出的方法把奇点沿旋转轴分布,分析了无穷平壁的存在对于长轴垂直该壁的任意形状长轴对称体旋转时Stokes流场的影响。文中以长球为例,对长细比1<a/b≤100和长球中心至板距离d≥1.001a的范围进行了广泛的计算(a是长球的半长轴长度)。本法收敛性能良好,所算出的长球上阻力矩在两种极限情形下(即 a/b→1或d→∞时)与已有精确解一致,达到很高的精度。

带导管轴对称体三维不可压缩总体粘性流场计算与模型试验

利用 TASCflow3 D求解了带导管轴对称体的三维不可压缩粘性湍流内外粘性流场的绕流问题 ( Re=5 .6× 1 0 6 )。基本求解器控制方程为 RANS方程 ,并使用了标准 k-ε封闭模型。离散化用有限元方法描述几何图形的有限体积法 ,既保证了有限元描述几何体的灵活性 ,又保证了有限体积法的守恒特性。利用多块代数多重网络技术加快收敛速度 ,使其求解实际工程中复杂几何体绕流问题能力大大增强。数值结果与试验进行了比较 ,表明本方法收敛性态良好 ,适用性强 。

子波分析在轴对称体的声辐射和散射中的应用

用子波方法求解了任意边界条件下轴对称体的声辐射和散射。它是将边界未知量和任意边界条件用子波分别沿轴对称体的圆周向和母线同时展开得到的一种谱方法。给出了子波谱方法的系数计算方法 ,能处理较为复杂的边界几何形状 ,可以获得稀疏的系数矩阵。该方法收敛较快 。

空间轴对称体导热问题的边界元法研究及应用

本文采用二次等参数边界单元计算了多个空间轴对称体的导热问题,研究了不同边界条件下单区域和具有不同物性的多区域的计算问题,并对不同的单元剖分和不同的高斯积分点密度的计算结果作了有意义的比较.最后,本文给出了一个实际涡轮盘的计算结果.

轴对称体扭转问题的轴对称有限元模拟解

轴对称体的轴对称问题与扭转问题一向被认为是两个互相不能模拟的问题.前者的未知量与方程多于后者,形式也不相同.本文提出一种退化模拟方法.能够把扭转问题模拟为轴对称问题的一类特殊情况来解.一般的结构分析程序都能够分析轴对称问题,但轴对称体的扭转问题通常作为三维问题处理.按本文提出的方法,可用结构分析程序的轴对称分析功能模拟扭转分析.本文还给出模拟计算的算例.计算结果表明与理论解完全一致.本文对退化模拟的材料本构关系进行了研究,建议在数值计算时以各向异性材料的轴对称问题模拟任何材料的扭转问题.当限定用各向同性材料的轴对称问题来模拟时,采用了罚系数法.

空间轴对称体温度场的边界元计算

本文采用等参数边界元,利用直接法计算了空间轴对称体的导热问题。理论推导及实例计算对工程应用都有参考价值。

小迎角轴对称体跨声速绕流的一种 Euler 解法

应用小迎角展开的方法将小迎角下旋成体绕流Ｅｕｌｅｒ方程进行摄动展开，对零阶和一阶方程分别采用了隐式ＮＮＤ格式进行了计算，与实验进行比较得到了较为满意的结果。该方法采用二维的计算得到了三维的结果，大大提高了计算的效率。

轴对称体位移场重建方法的研究

从弹性体应变分析的基本理论出发,结合Radon变换卷积重建方法,探讨了反投影重建法引入轴对称连续体应变场的重建问题。文中提出了迭代重建的算法,并给出了计算实例。

轴对称体在水下狭窄管内运动时的粘性阻塞效应

本文以轴对称体势流压力分布为基础,用解析法考虑轴对称体在水下狭窄管内运动时流体粘性阻塞效应对流动的影响,导出了对势流计算结果中压力系数的修正公式,从而可计算轴对称体在水下狭窄管内运动时的压力系数。本文提出的方法可用于轴对称水下航行体管内发射研究。

轴对称体的局部空泡流研究

在流体为无粘不可压和流动有势的假定下 ,研究了轴对称体的定常局部空泡流 .空泡尾流采用压力恢复模型 ,应用高阶有限元离散的边界积分方程方法 ,求解给定空泡数下的解 .探讨了空泡形状与空泡数的关系 ,以及尾流模型参数对结果的影响 .

基于改进Wagner方法的轴对称体入水“后时段”砰击载荷数值计算

文章基于三维边界元方法研究了三维轴对称体入水砰击载荷的数值算法。算法从三维力学模型出发,继承Wagner自由液面抬升理论,引入浸深因子Cw以确定自由液面抬升高度,将自由液面线性化处理,同时考虑网格运动,在自由液面附近对网格进行截断重构,以确保水下湿面积的精准。算法中使用考虑加权运动项的非线性伯努利方程计算得到入水结构的表面压力,进一步积分可得入水结构的总体受力;另外,算法中引入虚拟面元的概念,将砰击载荷计算时历延长至液面高于坠物制高点之后,扩大了传统入水载荷计算的时历范围,并且文中引用Alaoui半球入水试验,对算法的正确性及适用性进行了验证。

轴对称体外部流场的有旋特征线法

轴对称体的无粘、可压缩、定常、超音速流动的外部流场，在计算时，常采用流动为无旋的假设。当头部激波弯曲较大时，会产生一定的误差。本文对绕轴对称体的这类流动，用有旋特征线理论进行了数值计算。计算结果与实验数据的比较表明：用有旋特征线理论对绕轴对称体的流场进行计算是完全可行的。该方法的应用对轴对称体的气动力计算具有实际应用价值。

带攻角轴对称体自然空泡流脉动特征的数值分析

采用雷诺平均NS方程对轴对称体自然空泡流的脉动过程进行了数值模拟.采用通过降低两相过渡区域内湍流涡粘性系数的方法,实现了基于RANS方程的三维轴对称体自然空泡整体脱落过程的数值模拟.与1/4平头轴对称体自然空泡流实验结果比较,空泡大断裂的脱落频率计算值与实验数据基本一致.数值模拟结果表明,在空化数相同条件下,头型变化对空泡成长及脱落有着明显的影响,半球头模型的空泡长度较短,脱落频率较大,而平头模型的空泡长度更长,脱落频率较低.零攻角条件下,自然空泡在大断裂和脱落过程中也呈现非对称性的空泡形态.在小攻角条件下,攻角增大会使得背流侧空泡长度变大,脱落频率略有减小.当攻角大于8度时,空泡的整体脱落规律性受到抑制.

轴对称体温度场有限元程序的编制

通过建立一套求解轴对称体稳态和非稳态温度场的数学模型，编制了相应的９节点等参元有限元程序，并用模型对程序进行了检验，结果证明程序是正确的。

支撑方式和模型尺度对轴对称体旋转导数的影响

旋臂水池是开展轴对称体水动力研究的常用试验设备之一,水池模型试验中的尺度效应和支撑方式一直是操纵性能试验研究的难点.在合理选取模型尺度、支杆与模型直径比、模型浸深以及模型速度的基础上,进行了轴对称体2种尺度模型和腹、尾支撑2种方式多工况下的旋转导数试验,并得出了线性和非线性旋转水动力导数.试验结果表明,在不考虑支杆干扰的情况下,模型试验中支撑方式对旋转导数的影响是可以忽略的,尺度效应要针对不同的试验对象分别考虑.

轴对称体砰击载荷的三维动网格数值计算

基于三维边界元方法研究了三维轴对称体入水砰击载荷的数值算法。算法从三维力学模型出发,继承了Wagner自由液面抬升理论,引入浸深因子Cw以确定自由液面抬升高度,并且将自由液面线性化处理,同时考虑网格运动,在自由液面附近对网格进行截断重构,以确保水下湿面积的精准。算法中使用考虑加权运动项的非线性伯努利方程计算得到入水结构的表面压力,进一步积分可得入水结构的总体受力。此外,文中分别通过Nisewanger的圆球入水试验与Alaoui的圆锥入水试验对算法的正确性及适用性进行了验证。